EXAMENSARBETE
Salvuppföljning
Mätning och analys av skillnaden i indrift före och efter skrotning
Veronica Apelqvist
Sandra Apelqvist
Teknologie kandidatexamen Naturresursteknik
Luleå tekniska universitet
ii
Förord
Som avslutande del av kandidatutbildningen i Naturresursteknik vid Luleå Tekniska Universitet ingår ett examensarbete omfattande 15 högskolepoäng. Denna rapport är
uppbyggd på och redovisar resultatet av detta examensarbete. Arbetet har utförts för att skapa en överblick för hur tillredningssalvorna har gått, detta kallas för salvuppföljning och har utförts med en lasermätare.
Examensarbetet har genomförts på uppdrag av LKAB Malmberget och har utförts på
Avdelningen för Geoteknologi vid Institutionen för Samhällsbyggnads och Naturresursteknik under år 2011.
Vi vill tacka våra handledare Andreas Larsson på LKAB och Jenny Greberg på LTU för all tid och engagemang som de har lagt ner för att hjälpa oss att utforma vårt examensarbete. Under utförandet av laserinmätningarna har vi haft tillgång till kunnig personal som ställt upp och besvarat våra frågor och funderingar, visat oss hela tillredningsprocessen och alla
maskiner samt även lånat ut en av sina bilar till oss. Vi vill därför rikta ett stort tack till Thomas Hedqvist, Håkan Roxbäck, Karl-Erik Wikman och Bengt Sigerlind för att de ställt upp och hjälpt oss under våra veckor ute i fältet. Tiden på tillredningen har varit mycket lärorik och rolig!
Ett tack till Stefan Landström på LKAB som ordnade så att vi fick delta i 3-dagars HRD sprängutbildning, grundkurs för sprängning av mindre komplicerat slag.
Ett stort tack till alla övriga på LKAB samt nära och kära som hjälpt oss vid frågeställningar och motiverat oss.
Sandra Apelqvist Veronica Apelqvist
Malmberget, Gällivare kommun Malmberget, Gällivare kommun
iii
Sammanfattning
Syftet med examensarbetet var att följa upp tillredningens salvor genom att mäta indriften före och efter skrotning och sedan analysera mätdata. LKAB Malmberget har ett behov av att följa upp sprängsalvor för att kunna förbättra och effektivisera driften av orter.
Målen med examensarbetet har varit att undersöka om längden på borrstängerna, antalet hål i borrplanen och om gaveln befinner sig i malm eller gråberg påverkar det behövda
skrotningsarbetet.
Arbetet har innefattat litteraturstudie av ortdrivning och dess processer, fem veckors fältstudie vid tillredningen i LKAB Malmberget där insamling av mätdata skedde, analys, jämförelse och slutligen dokumentering i rapportform.
Tillredningen är det första steget i utvinningen av malm. När man tillreder bygger man nya områden och transportleder i gruvan där malmen kan brytas och fraktas. I malmkropparna finns det två typer av orter, fältorter samt tvärort och det är i den sistnämnda orten som den storskaliga skivrasbrytningen, vilken LKAB är känd för, sker.
Vid tillredningsarbetet använder LKAB Malmberget den konventionella salvcykeln vilken inkluderar borrning, laddning, sprängning, ventilation, utlastning, skrotning och förstärkning. Vid borrning av orter finns tre borriggar med två olika längder på borrstängerna, 16 respektive 18 fot. I västra området används en rigg med 18 fots stånglängd och på östra området används två riggar med 16 respektive 18 fots stånglängd.
Det finns även två olika typer av borrplaner med olika antal hål. Borrplanen som består av 76 borrhål, varav två är grovhål, används på västra området och borrplanen med något färre hål används på östra området.
Resultaten visar att skrotningsbehovet är störst vid användandet av 18 fots borrstänger, vilket kan bero på mer borrhålsavvikelser än vid användandet av 16 fots borrstänger eller att
fastsprängning sker vid detonation av salvan. Eftersom borrhålen är längre vid användandet av 18 fots borrstänger finns även en möjlighet att det bildas luftfickor i sprängämnet vid laddningen vilket kan resultera i en ojämn och försvagad detonation.
Ytterligare visar resultaten att skrotningsbehovet ökar då gaveln befinner sig i malm vilket kan bero på att malmen är mer tungsprängt än gråberg då den har en högre densitet.
Skillnaden i avstånd före och efter skrotning är jämnare över hela gaveln när denne befinner sig i malmen, vilket kan ha sina grunder i att det bildas en fristående skiva av malm närmast gaveln som lösgörs mer jämnt vid skrotningsarbetet än då man skrotar en gavel i gråberg. Borrplanen har ingen större inverkan på skrotningsbehovet eftersom det endast skiljer några enstaka hål i borrplanerna på östra och västra området som i övrigt har lika ortprofil. Skulle däremot dimensionerna på profilen variera kan detta inverka på skrotningsbehovet.
Nyckelord: LKAB Malmberget, tillredning, skrotning, salvuppföljning, stånglängd, borrplan, bergtyp
iv
Abstract
The purpose of this project was to follow up blasting at the development work of drifts by measuring the distance from a fixed point to the faces before and after scaling and then analyzes the data. LKAB Malmberget needs to follow up the blasting to improve and make the development of drifts more effective.
The goals of the project have been to investigate if the length of the drill rods, drilling plan or the placement of faces affects the need for scaling.
The work has involved a literature review of tunneling and its processes, a five-week field study at the development of drifts in LKAB Malmberget where the collection of data was done, analysis, comparing and finally documenting in report form.
Development is the first step in the extraction of ore. Development involves the building of new fields and transport routes in the mine where the ore can be mined and transported. There are two types of drifts in the ore bodies, main gallery and cross cut. It is in the cross cuts the large-scale sub-level caving takes place, which LKAB is known for.
At the development work, LKAB Malmberget is using the conventional cycle of blasting which includes drilling, charging, blasting, ventilation, excavation, scaling and reinforcement. At the drilling of the drifts there are three drilling rigs with two different lengths of the drill rods, 16 and 18 feet. In the western field, a rig with 18 foot rod is used and the eastern field has two rigs with both 16 and 18 foot.
There are also two different types of drilling plans with different numbers of holes. The drilling plan with 76 holes is used on the western field and the drilling plan on the eastern field has fewer holes.
The results of the project show that the need for scaling is greatest when using the 18 foot drill rods, which can be caused by abnormalities of the drill holes or a failed blasting where the rock was not thrown out in the drift. Since the drill holes are longer when using 18 foot drill rods there are also possible that air pockets are formed during the charging in the explosives which can result in an uneven and weak detonation.
Further the results show that the need of scaling increases when the face is placed in ore which may be caused by the density. The ore has a higher density than waste rock which makes it harder to blast in ore. The difference in distance before and after scaling is more even for faces placed in ore, which may its base in the formation of a slice of ore closest to the face which is released more even then waste rock does under the scaling process.
The drilling plan has no significant effect on the needed scaling because there is only a few holes difference in the drilling plans on the eastern and western field which otherwise is equal. If the dimensions of the profile may vary, there can be an effect on the need for scaling. Keywords: LKAB Malmberget, development, scaling, blasting follow up, the length of drill rods, drilling plan, type of rock
v
Innehållsförteckning
Förord ... ii
Sammanfattning ... iii
Abstract ... iv
Bergtekniska termer ... viii
Matematiska enheter ... xi 1 Inledning ... 1 1.1 Introduktion ... 1 1.2 Syfte och mål ... 1 1.3 Metod ... 2 1.3.1 Litteraturstudie ... 2 1.3.2 Fältstudier ... 2 1.4 Avgränsningar ... 3 2 Bakgrund ... 4
2.1 Kriterier för val av drivningsmetod ... 4
2.2 Geologin i Malmberget ... 5 2.3 Leica DISTOTM A8 ... 6 3 LKAB ... 7 3.1 Historik ... 7 3.2 Miljökrav ... 8 3.3 Arbetsverksamhet ... 9 3.3.1 Tillredning ... 9 3.3.2 Rasborrning ... 10
3.3.3 Laddning och sprängning av rassalva ... 11
3.3.4 Raslastning ... 11
3.3.5 Transport ... 11
3.3.6 Uppfordring ... 11
3.3.7 Sovrings-/ anrikningsverk ... 12
3.3.8 Pelletsverk ... 14
3.4 Tillredningen i LKAB Malmberget ... 15
3.4.1 Borrning ... 16
3.4.2 Laddning ... 17
3.4.3 Sprängning ... 18
3.4.4 Ventilation ... 19
vi
3.4.6 Skrotning ... 20
3.4.7 Förstärkning ... 21
3.5 Tillredningens maskinpark ... 22
4 Mätdata och analys ... 23
4.1 Skillnad i indrift före och efter skrotning per mätpunkt i alla gavlar ... 24
4.2 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning för alla gavlar ... 29
4.3 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning beroende på bergtyp ... 30
4.4 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning beroende på borrstångens längd ... 30
5 Diskussion och slutsats ... 32
6 Referenser ... 36
Figurförteckning med sidhänvisning:
1. Karta över Malmberget. 1
2. Malmkropparna i Malmberget. 5
3. Avståndsmätaren Leica DISTOTM A8. 6
4. Skiss för verksamheten i LKAB:s underjordsgruva. 8
5. Förädlingskedjan. 9
6. Borrplan 10
7. Rasborrning 11
8. En förenklad skiss av en skruvklasserare. 12
9. Principskiss för flotation. 13
10. Rulltrummor med tillhörande rullsiktar, MK3 under uppbyggnad. 14
11. Konventionell salvcykel. 15
12. Förinjektering. 16
13. Borrning av tillredningssalva. 16
14. Borrhålen i en ortsalva. 18
15. Sprängning av salva. 19
16. Detonationsförloppet av kilhål, strosshål, konturhål och sulhål. 19
17. Utlastning av lössprängt berg. 20
18. Skrotning av ort. 21
19. Betongsprutning och bultning av ort. 22
20. Mätpunkternas placering på gaveln. 23
21. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 1 i alla 16 gavlar. 24 22. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 2 i alla 16 gavlar. 25 23. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 3 i alla 16 gavlar. 25 24. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 4 i alla 16 gavlar. 26 25. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 5 i alla 16 gavlar. 27 26. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 6 i alla 16 gavlar. 27 27. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 7 i alla 16 gavlar. 28 28. Diagram för medelvärdet av skillnaden i indrift för alla 16 gavlar. 29 29. Diagram för medelvärdet av skillnaden i indrift beroende på bergtyp. 30
vii Tabellförteckning med sidhänvisning
1. Tidsplan för examensarbetet 2011. 2 2. LKAB:s maskiner. 22 Bilaga A Områdeskarta, Fa - Ka 855 Bilaga B Områdeskarta, Fa - Ka 880 Bilaga C Områdeskarta, Fa 905 Bilaga D Områdeskarta, Pz 970 Bilaga E Områdeskarta, Pz 996 Bilaga F Områdeskarta, Al 1052 Bilaga G Salvuppföljningsprotokoll, Ka 855 Bilaga H Salvuppföljningsprotokoll, Ka 880 Bilaga I Salvuppföljningsprotokoll, Fa 880 Bilaga J Salvuppföljningsprotokoll, Fa 905 Bilaga K Salvuppföljningsprotokoll, Pz 970 Bilaga L Salvuppföljningsprotokoll, Pz 996 Bilaga M Salvuppföljningsprotokoll, Al 1052
viii
Bergtekniska termer
Anfang Övergång från vägg till tak i ortprofilen.
Apatit Ett mineral med högt fosforinnehåll.
Bergbult Bult för förankring av berg med cement.
Bomsalva Salva där sprängningen helt eller delvis
misslyckats.
Bomt berg Löst kvarsittande berg på grund av slag
eller uppsprickning.
Borrkrona Den del av borrstålet där skäret (stiften)
sitter.
Borrplan Ritning över borrhåls läge och riktning.
Bottenhål Understa raden borrhål i ortsalva. Kan
även kallas för sulhål.
Detonationshastighet Den hastighet i m/s varmed ett
sprängämne detonerar.
Detonerad stubin, pentylstubin Stubin där impulsen överförs med
detonation.
Dola Sprängämne som efter sprängning finns
kvar odetonerat i borrhål.
Dolomit Mineral bestående av
kalciummagnesiumkarbonat.
Elektrisk sprängkapsel Kapsel som initierar
emulsionssprängämne.
Elektrisk tändapparat En kondensatortändapparat som är
avsedd för upptändning av sprängkapslar.
Emulsionssprängämne Vattenhaltigt och nitroglycerinfritt
sprängämne som är geléartad och lämpar
sig för våta förhållanden.
Front Plats där brytning pågår.
Fältort Ort längs med malmkroppen.
Fördröjning Tid mellan initiering av sprängkapsel
ix
Försiktig sprängning Sprängning med restriktion för att
undvika skada på omgivande berg.
Gadd Kvarvarande berg innanför teoretisk
kontur efter sprängning.
Gavel Innersta väggen i en ort.
Grovhål Oladdat borrhål som används som
expansionsutrymme.
Gråberg Mineralisering av för låg halt för att
räknas som ekonomiskt brytvärd eller berg bestående av vanliga bergarter.
Hematit Även kallad blodstensmalm. Hematit är
en svagmagnetisk, rödaktig järnoxid.
Hängvägg Del av sidoberg, som ligger över
malmkropp.
Indrift Utsprängd längd av ort, tunnel eller
bergrum per salva.
Intervall Skillnad i fördröjning mellan två
sprängkapslar av olika nummer.
Kalksten Är en sedimentär bergart som består av
mineralet kalkspat.
Kapacitet Förmåga att producera, bära, rymma,
ofta per tid.
Kil Den del av gaveln som sprängs först för
att öppna berget och därigenom ge fritt utslag för övriga borrhål.
Konturhål Borrhål ansatta i eller vid slutkonturer av
ortprofilen.
Kontursprängning Sprängning av konturhål där åtgärder
vidtas för att minska skadorna på omgivande berg.
Leptit En finkorning metamorf silikatbergart.
Linagranit Tillhör bergarten granit.
LKAB Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag.
Magnetit Även kallas svartmalm. Magnetit är en
starkmagnetisk, svart-grå färgad järnoxid.
Malm Malm är inte ett geologiskt begrepp utan
ett ekonomiskt. Mineralisering som klassas som ekonomiskt brytvärd.
x
Markvibration Den vid sprängningen uppkommande
stötvågen som fortplantas i omgivande mark eller berggrund.
Nivå Del av underjordsanläggning som ligger
på visst djup under markytan. Nivån kan efter sin funktion benämnas
brytningsnivå, huvudnivå osv.
Olivin Är ett mörkt, grönfärgat mineral som
förknippas med basiska bergarter.
Ort Förbindelse i berg som inte mynnar i
dagen.
Pegmatit Är en silikatbergart som är sammansatt
av stora mineralkorn.
Primer Sprängkapselkänslig tändpatron med hög
detonationshastighet för att ge icke sprängkapselkänsliga sprängämnen en säker initiering.
Ramp Väg för transport mellan två nivåer.
Salva Sprängningsetapp. Uttryck för den
bergmassa som utsprängs i ett sammanhang.
Skadezon Den zon i kvarvarande berg som har
skadats av sprängningen.
Skip Behållare för uppfodring i schakt.
Skiva Aktuellt brytningsområde i
malmkroppen, anges ofta i nivå.
Skrotning Rensning och lossbrytning av löst (bomt)
berg.
Skut Utsprängda bergblock med för stor
volym för vidare hantering.
Slag Naturlig sprickyta i berg uppkommen på
mekanisk väg genom bergrörelser.
Snedbana Transportled som har förbindelse med
dagen.
Stickning Vinkling, av konturhålen vid borrning av
orter, utanför teoretisk kontur för erhållande av maskinutrymme för borrning av nästa salva.
Störtschakt Schakt för tippning av berg till en lägre
nivå.
xi
Svällning Bergets volymökning från fast till löst
tillstånd vid sprängning.
Swellexbult Bult för förankring av berg med hjälp av
vattentryck.
Tillredning Bygget av nya orter i gruvan där malmen
kan brytas.
Tunnel Förbindelseled som börjar och slutar i
dagen.
Tvärort Ort som är avgrenad från fältort.
Vanadin Är ett mjukt, metalliskt grundämne som
är sällsynt. Vanadin återfinns inte i fri form i naturen utan förekommer i föroreningar.
Överberg Bergmassa som lossgörs utanför
teoretiskt tvärsnitt.
Matematiska enheter
mm Millimeter cm Centimeter m Meter km Kilometer 1000 mm = 100 cm = 1 m = 0,001 km fot Äldre längdmått 1 fot = 30,48 cm = 0,3048 m s Sekunder V Volt1
1 Inledning
Detta kapitel inkluderar introduktion, syfte och mål, metod samt avgränsningar. 1.1 Introduktion
Detta examensarbete är det avslutande momentet i kandidatutbildningen i Naturresursteknik vid Luleå Tekniska Universitet. Perioden för utförandet är vårterminen 2011, läsperiod fyra. Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng per person och uppgår därmed totalt till 30 högskolepoäng.
Examensarbetet har utförts vid tillredningen i LKAB Malmberget, se figur 1. Arbetet omfattar mätningar, sammanställningar, analyser och jämförelser som slutligen presenterades i en rapport. En avståndsmätare har funnits tillhands för att mäta avstånd från en fix punkt till gaveln i ett antal orter före och efter skrotning för att sedan beräkna skillnaden. Det är av betydelse att veta om gaveln befinner sig i malm eller gråberg och om salvan har borrats med 16 eller 18 fots stånglängd samt om östra eller västra områdets borrplan har använts.
Figur 1. Karta över Malmberget (http://kartor.eniro.se/, 2011-05-17). 1.2 Syfte och mål
Syftet med examensarbetet är att skapa en överblick av tillredningssalvornas resultat, genom
så kallad salvuppföljning.LKAB har ett behov av att följa upp sprängsalvor för att kunna
förbättra och effektivisera driften av orter bland annat genom att undersöka faktorer såsom fragmentering, tid, miljö, kostnad och skrotning.
Målen med examensarbetet är att undersöka om:
stånglängd
borrplan
typ av berg
2
1.3 Metod
I detta kapitel beskrivs tillvägagångssätt och utförande för genomförandet av examensarbetet vilket har skett enligt tidsplanen, i tabell 1.
Tabell 1. Tidsplan för examensarbetet 2011.
1.3.1 Litteraturstudie
Innan påbörjandet av examensarbetet ville vi skapa oss en bild av problemområdet. Arbetet inleddes med en litteraturstudie av ortdrivning och dess processer för att fördjupa och uppdatera kunskaper inom området, därmed kunde vi skapa oss en referensram.
Projektrapporterna Faster and better drifting, baseline report (Dalmalm et al, 2007) och final report (Fjellborg et al, 2008) har utgjort grunden i vårt arbete. I övrigt har vi använt oss av de kunskaper och erfarenheter som vi samlat in under vår studietid och från arbetserfarenheter inom gruvindustrin.
1.3.2 Fältstudier
Under examensarbetet har vi vistats på tillredningen i LKAB Malmberget för att göra salvuppföljningen. Fältstudierna varade i fem veckor där vi följde med ett skiftlag på västra området. Västra området omfattar malmkropparna Fabian (Fa) och Kapten (Ka) och
mätningarna har centrerats till nivåerna 855, 880 och 905. Mätningar har även utförts i östra området i malmkropparna Printzsköld (Pz) respektive Alliansen (Al) på nivåerna 970 och 996 respektive 1052. Kartor för dessa områden finns i bilaga A-F.
Vid utförandet av laserinmätning av gaveln markerades en fix punkt ut på ortväggen och denna användes som referenspunkt vid fortsatta mätningar. Det är viktigt att man vid nästkommande mätning befinner sig på exakt samma ställe som vid första tillfället för att mätningarna ska bli så noggranna och representativa som möjligt. Mätningarna utfördes i sju punkter på gaveln och även en okulärbesiktning gjordes för att undersöka konturerna av orten. Under veckorna med fältstudie var högsta prioritet att samla in så mycket underlagsmaterial som möjligt för det fortsatta arbetet som kom att bestå av sammanställning, analysering och dokumentering i rapportform.
3
1.4 Avgränsningar
En avgränsning som gjorts är att inte ta någon hänsyn till laddningskoncentrationen beroende på skiftlag, då denna kan variera men ger i slutändan inte någon större skillnad. Ytterligare en avgränsning är att mätningarna har centrerats till västra området av gruvan och till största del kommer tvärorterna vara av intresse men även några enstaka gavlar med annan ortprofil kommer att mätas in.
Ibland kan en gavel behöva skrotas om innan borrning och om detta kommer att ske, på någon gavel som är färdigmätt, efter veckorna av fältstudie kommer detta inte att korrigeras.
Något som påverkat möjligheterna att mäta in gavlar har varit trasiga maskiner, elavbrott och att vissa ortar har haft högre prioritet än andra. Dessutom var en överenskommelse innan påbörjandet av examensarbetet att vårt arbete inte fick störa produktionen.
Vissa orter har drivits in i vattenbon, vilket är vattenfyllda hålrum i berget, och annat berg med dåliga egenskaper vilket resulterat i driftstopp av just dessa orter. Därav har ibland mätningar gått till spillo.
Under arbetets gång har vi enbart mätt indriften på grund av skrotning och inte den totala indriften på grund av salvan. Därmed kommer vi inte kunna beskriva indriften i procent eller liknande utan enbart längden som man skrotat in angivet i centimeter.
En sista avgränsning är att vi studenter vid besiktning av gavlarna utgått från våra egna kunskaper och omdömen för exempelvis bestämning av bergtyp.
4
2 Bakgrund
I detta kapitel kommer bakgrund för val av drivningsmetod och avståndsmätaren att presenteras.
2.1 Kriterier för val av drivningsmetod
När man ska välja metod för ortdrivning finns det en del faktorer att beakta innan beslut fattas enligt kurslitteratur för Berganläggningsteknik (Luleå Tekniska Universitet, 2010):
ortens geometri,
ortens dimensioner,
ortens längd,
grundvattennivå och förväntat inflöde av vatten,
geologiska och bergmekaniska förutsättningar,
gällande regler för vibrationer
och tillåtna sättningar i marken.
Ortens geometri
Den maskinpark som användes skall ha utrymme att kunna utföra krävd funktion på arbetsområdet.
Ortens dimensioner
Dimensionerna är avgörande beroende på tillgängliga tillfartsramper, hur snäva kurvorna är, hur högt bergrummet är och hur det sträcker sig inne i berget.
Ortens längd
Etablering och erforderliga längder för att få konventionella salvcykeln ekonomiskt försvarbar.
Grundvattennivå och förväntat inflöde
En mycket aktuell och viktig aspekt att ta hänsyn till är grundvattnets påverkan av
gruvdriften. Det är också viktigt att veta förväntat inflöde av grundvatten då man ska planera behovet av förinjektering, dock används inte detta i så stor mån inom gruvindustrin utan är vanligare inom tunneldrift.
Geologiska och bergmekaniska förutsättningar
Det är viktigt att ha utförliga bergmekaniska och geologiska underlag för att välja rätt drivningsmetod.
Gällande regler för vibrationer
När man har bergbyggnationer inom tätbebyggt område är det viktig att man har
dimensionerat detonationerna så att vibrationerna minimeras för att inte orsaka skada på husgrunder och andra byggnader. Ytterligare skall man informera om sprängtider och
eventuella känningar samt besiktiga hus innan och under arbetet för att ha så stor kontroll som möjligt över bergarbetet.
5
Tillåtna sättningar i marken
Det är av stor vikt att inga oväntade storskaliga sättningar sker inom tätbebyggda områden under gruvdriften.
2.2 Geologin i Malmberget
Malmberget som tillhör Gällivare kommun är ett fjällnära skogslandskap i Lappland, Norrbotten. Terrängen påminner om fjällmarker med bergkullslätter och domineras i
huvudsak av växtligheter i form av tallbarrskogar. Branta sluttningar samt stora höjdskillnader förekommer inom tätområdet.
Bebyggelsen i Malmberget är främst centrerad till bergets sydsluttning och i den dal som bildas på östra sidan ligger Koskullskulle där LKAB:s område, Vitåfors, finns.
Malmbergets tätort tillhör den svekofenniska delprovinsen och bergarterna skapades i samband med den svekokarelska bergskedjeveckningen. Under högt tryck och
värmeutveckling omvandlades magmatiska, sedimentära och vulkansiska bergarter till så kallade metamorfa bergarter. Berggrunden består av linagranit med inslag av pegmatit samt leptit.
Sura vulkaniska bergarter har en tendens att skapa järnmalmer då den har hög
magnetiserbarhet. De malmkroppar som finns består av magnetit som är starkt magnetiskt och förorenad av vanadin samt hematit som är svagt magnetisk och förorenad med apatit.
Vanadin, som är ett grundämne, påverkar draghållfastheten hos det färdiga stålet.
Malmkropparna har en stupning mellan 45 och 50 grader och breder ut sig på ett område som är 2,5 gånger 5 kilometer stort. Dessa malmkroppar har kontinuitet på djupet och är av varierande storlek, se figur 2.
Figur 2. Malmkropparna i Malmberget, magnetitmalmen visas som blå och hematitmalmen som rosa (http://www.lkabframtid.com/Malmberget/Varfor/Malmen/, 2011-04-12).
Det förekommer områden i berggrunden som består av biotitskiffer vilket medför en låg hållfasthet i berget och ökar risken för bergmekaniska problem. Biotitskiffer är en sedimentär bergart där hopläkningen gett svaga kornkontakter och hög porositet därför vill denna typ av
6
bergart gärna skiva sig (
http://www.sgu.se/dokument/om_sgu_remisser-2008/01-652-2008.pdf, 2011-05-17). 2.3 Leica DISTOTM A8
Leica DISTOTM A8, se figur 3, är en avståndsmätare med inbyggd digitalsökare och en
integrerande lutningssensor. Leica innehåller även inbyggda trigonometriska funktioner,
Power Range TechnologyTM samt vatten- och dammskydd.
Figur 3. Avståndsmätaren Leica DISTOTMA8
(http://www.sgu.se/dokument/om_sgu_remisser-2008/01-652-2008.pdf, 2011-05-13).
För att mäta ett avstånd riktas den tredubbla målsökaren mot en punkt och genom ett
knapptryck erhålls avståndet på displayen. Leica DISTOTM A8 kan mäta avstånd upp till 200
meter med en noggrannhet på ± 1,5 millimeter.
Ytterligare finns en lutningssensor som inte bara visar vinklar utan även horisontalavstånd samt olika indirekta höjdmätningar. Mätaren har en inbyggd avancerad programvara som räknar ut höjder och avstånd med hjälp av de vinkar och avstånd den känner till.
Leica DISTOTM är en avståndsmätare som är portabel och passar för bruk både inomhus och
7
3 LKAB
I detta kapitel kommer LKAB:s historik, miljökrav och arbetsverksamhet inklusive tillredningen och dess maskiner att beskrivas.
3.1 Historik
Järnmalmsfyndigheterna i Kiruna upptäcktes redan år 1 696 men året för upptäckten av malmen i Malmberget är inte lika självklar. Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag, LKAB, bildades i december 1 890 och har sedan dess varit en kraftig konkurrent på metallmarknaden. Det är de tidiga gruvpinjonärernas förtjänst att Malmberget och Kiruna växte fram ifrån öde fjällmarker och de idag finns med på världskartan.
Malmkropparna i Malmberget är relativt utspridda inom ett område som är en halv mil långt och ungefär två kilometer brett. Området omfattar 20 fyndigheter med varierande storlekar som till största del består av magnetitmalm. I dagsläget sker brytning av malm i tio av
fyndigheterna. I Malmbergsgruvan finns idag flera huvudnivåer varvid den nyaste är 1 250 m. Malmkroppen i Kiirunavaara kan liknas vid en skiva som ställts på högkant. Enligt
undersökningsborrningar är skivan i genomsnitt 80 meter bred, fyra kilometer lång och minst två kilometer djup dessutom verkar kvalitén bli bättre med ökande djup.
Inledningsvis bröts malmen i Malmberget och Kiruna i dagbrott men den branta lutningen på malmkropparna gjorde att skivrasbrytning var en mer ekonomisk försvarbar metod.
LKAB är en internationell högteknologisk mineralkoncern som är helägt av svenska staten. Koncernen har omkring 3 700 medarbetare och av dessa jobbar drygt 600 personer utanför Sveriges gränser. I 15 länder finns ett 30-tal bolag som tillsammans bildar koncernen. Från början var det endast män som arbete inom företaget men i och med utvecklingen så har allt mer kvinnor anställts.
Brytmetoden som LKAB använder kallas för storskalig skivrasbrytning, vilket kan liknas vid en uppochner vänd pallbrytning. Metoden är bäst lämpad för stora malmkroppar med brant stupning och kontinuitet på djupet. I skivrasbrytning spränger man lös och lastar ut malmen underifrån och låter gråberget från hängväggen ovanför fylla igen tomrummet som bildas. Med skivrasbrytning kan en hög säkerhet hållas och nästan all järnmalm kan lastas ut vilket gör brytmetoden väldigt kostnadseffektiv. I figur 4 visas alla stegen för verksamheten
8
Figur 4. Skiss för verksamheten i LKAB:s underjordsgruva
(http://lkab.se/__C12570A1002EAAAE.nsf/($all)/6E11D682C55D8020C12575D7004DA347/ $file/Om+LKAB+2010_SVE.pdf, 2011-05-05).
3.2 Miljökrav
LKAB har två huvudsakliga kvalitetscertifieringar, ISO9001:2000 och ISO14001 och arbetar aktivt på att förbättra kvalitén för de färdiga produkterna och även som arbetsgivare. Arbetet i LKAB skall ta hänsyn till miljön och därför ska man ständig förbättra arbetsmiljön, yttre miljön och energianvändningen för att bidra till en långsiktig hållbar och lönsam utveckling. Detta skall efterföljas av alla som vistas och arbetar inne på LKAB:s områden, interna så som externa arbetare.
Arbetsmiljön skall vara stimulerande och säker för de anställda och kontinuerlig miljöutbildning skall ges.
De säkerhets- och miljöåtgärder som rör tillredningen är utbildning och handledarlett arbete för nya anställda, sprängutbildning för att få initiera salva samt tillgängligt säkerhetsblad för hantering av sprängmedel och tändmedel. Alla personer som skall vistas under jord måste genomföra en rundtur för utrymningsvägar. Man skall även vid underjordsarbete föra med sig
mätare för CO- och NO2-halter så man inte utsätter sig för skadliga doser (Lyytinen et al,
9
3.3 Arbetsverksamhet
I detta kapitel kommer malmens väg genom LKAB:s processer, se figur 5, att beskrivas.
Figur 5. Förädlingskedjan (http://lkab.com, 2011-05-05). 3.3.1 Tillredning
Det första steget i utvinningen av malm är att man tillreder orter. När man tillreder bygger och utvecklar man nya områden och transportleder i gruvan där malmen kan brytas och fraktas. I själva malmkroppen drivs två typer av orter, fältort som löper längsmed malmkroppen och tvärorter som är vinkelrät i jämförelse med malmkroppen och det är i dessa som
skivrasbrytningen sedan sker (Apelqvist, 2009).
Borrning av orterna sker med el-hydrauliska borraggregat och det finns två typer av
stånglängder, 16 samt 18 fot. Det finns även två typer av borrplaner med olika antal hål där den med 76 borrhål varav två är grovhål används på västra området och borrplanen med något färre hål används på östra området. I figur 6 visas en borrplan med 76 borrhål.
På västra området används endast en borrigg med 18 fots stånglängd och på östra området finns två borriggar med 18 respektive 16 fots stånglängder. Vad som avgör vilken stånglängd som skall användas är beroende på skiftlagens tidigare önskemål om inköp av maskinpark. Det är möjligt att använda båda typerna av stånglängd vid driften av orter såvida varje enskild salva borrats av samma stånglängd.
Byggstaben är som spindeln i nätet och från kontrollrummet underjord sammanställer de dagsplaneringen för tillredningsarbetet. Det är till staben man rapporterar efter varje avslutat moment och vid skiftslut.
10
Figur 6. Borrplan med 76 borrhål vara två är grovhål (Lyytinen et al, 2007).
Då en gavel har borrats kan hålen laddas och under natten kan detonation av salvan ske. Därefter ventileras spränggaserna ut under natten och när skiften påbörjas igen på morgonen kan utlastning med hjälp av frontlastare ske.
Efter sprängning kommer löst kvarvarande berg att skrotas bort från tak, väggar och gavel innan ortarna förstärks. Denna cykel kommer att upprepas till dess att ortarna är färdigbrutna och man har nått malmgränsen. För att veta var malmgränsen finns använder man
sondborrning för att säkerställa att man inte driver in ortarna i det olönsamma gråberget. När alla tvärorter på en skiva är färdigställda kommer nästa steg i förädlingskedjan att påbörjas.
3.3.2 Rasborrning
Vid rasborrning används fjärrstyrda rasborrningsaggregat vilka operatören styr ifrån ett kontrollrum. Borraggregatet borrar uppåtriktade raka hål i en solfjärderformad kil, en så kallad krans, se figur 7. En krans består vanligen av ett tiotal borrhål med en längd mellan 40-45 meter och avståndet mellan varje krans är ungefär tre meter. När borrningen är avslutad i hela tvärorten är nästa arbetsmoment laddning.
11
Figur 7. Rasborrning.
3.3.3 Laddning och sprängning av rassalva
De borrade hålen i kransen laddas med hjälp av en laddrobot som pumpar in sprängmedlet. Sprängmedlet tillverkas av LKAB:s egna sprängmedelsbolag. Detonation av salva sker varje natt och cirka 10 000 ton lösgörs. På morgonen när salvan är ventilerad sker utlastning med hjälp av frontlastare och därefter laddas en ny krans. Denna procedur upprepas tills all malm i produktionsorten är utvunnen.
3.3.4 Raslastning
Eldrivna lastmaskiner lastar och transporterar malmen till störtschakt, med hjälp av
tyngdkraften faller malmen ner och samlas i bergfickor just ovanför den aktuella huvudnivån. 3.3.5 Transport
I Malmberget sker brytningen av malm på flera olika nivåer och huvudnivåerna ligger idag på 600, 815, 1 000 och 1 250 meter och krossar finns på varje nivå.
Transport sker genom att truckarna tappar ner malmen till truckens lastflak från ett
bergschakt. När trucken är fullastad kommer förarens köra den till en tömningsstation och tippar sedan malmen i en krossficka. Malmen matas in i krossen som sönderdelar materialet till fragment med en storlek på 100 millimeter.
I Kiruna används fjärrstyrda tåg istället för truckar men i övrigt är utförandet detsamma. 3.3.6 Uppfordring
När malmen krossats transporteras den vidare med bandtransportörer till skiparna. Malmen lastas automatiskt in i skipen och fraktas sedan upp till förädlingsverken ovan jord. Varje skip har en bärighetsförmåga på 40 ton.
Krossning och uppfordring styrs och övervakas från kontrollrum i såväl Malmberget som Kiruna.
12
3.3.7 Sovrings-/ anrikningsverk
Sovringsverket är den första anhalten för det krossade materialet som transporterats upp från gruvan. Här kommer materialet att passera genom ytterligare en kross och sedan skiljs malmen åt från gråberg och annat material som följt med vid sprängning exempelvis bultar och sprutbetong. Detta sker med hjälp av magnetiska separatorer som är mycket effektiva då malmen till största del består av magnetit som är starkt magnetisk samt hematit som är svagt magnetisk.
Malmen transporteras därefter till anrikningsverket med bandtransportörer och behandlas sedan på olika sätt beroende på kundens önskemål på den slutliga varan.
Till att börja med kommer malmen att malas ytterligare, till ett fint pulver som kallas för slig, genom olika kvarnar. Dessa kvarnar fungerar på liknande sätt med en roterande trumma som innehåller malkroppar, exempel på kvarnar är:
kulkvarnar
stångkvarnar
pebbleskvarnar
autogenkvarnar.
Det malda materialet kommer föras till klassering, i detta steg skiljs olika stora partiklar åt även här finns det olika sorters klasserare, de vanligaste är:
Mekanisk klassering – kan delas in i olika sorter där skrivklasseraren är den
vanligaste, grova partiklar följer med skruven och faller ut vid toppen av rännan medan de fina kornen rinner ut via bassängens överlopp, se figur 8.
Trommelsiktar – monteras på kvarnarnas utmatningstappar för att hindra grovkorn att
följa med till nästa processteg.
Hydrocykloner – används genom centrifugalkraft för att klassera mycket fina partiklar.
Figur 8. En förenklad skiss av en skruvklasserare
(http://www.fstco.com/Publish/Publication/Mineral%20Processing_files/image012.gif, 2011-05-09).
Därefter påbörjas processen att anrika malmen och därmed kommer föroreningar såsom fosfor, alkalier och kisel att tas bort med hjälp av magnetisk separation och flotation.
13
Flotation innebär att man bereder en blandning av slig, vätska och reagensämnen som tillsammans kallas för pulp. Pulpen matas sedan in i en flotationstank som innehåller en omrörare samt en luftfördelare som kommer skapa luftbubblor i tanken. Skumbildande ämne och reagensämne kommer att verka så att luftbubblorna kan binda apatit från
malmkoncentratet. Detta bildar sedan ett skum som förs upp till ytan och kan sedan rinna över tankens kanter. Figur 9 illustrerar en principskiss för flotation.
Figur 9. Principskiss för flotation
(http://www.fstco.com/Publish/Publication/Mineral%20Processing_files/image021.gif, 2011-05-10).
De reagensämnen LKAB tillsätter vid flotation är:
Atrac – ett samlarreagens som absorberas på apatit och gör mineralet
vattenfrånstötande och förbättrar därmed luftbubblornas förmåga att lyfta upp apatiten till ytan.
MIBC – ett skumbildande reagens som ger större skummängd, finare bubblor samt ett
tjockare skum.
Vattenglas – en kemikalie som tillsätts för att hjälpa till att hålla mineralytorna rena
från slam vilket i sin tur leder till en bättre reaktion mellan apatit och samlarreagens. För att ge bättre produktionsegenskaper kommer olika medel att tillsättas i sligen som skall bli pellets, dessa är:
Dolomit – ger kulorna en bra direktreduktion.
Olivin – ger förbättrad hållfasthet och ökar reducerbarheten i sintermaskin.
14
När malmen passerat genom sovrings-/anrikningsverket kommer tre produkter finnas:
fines – är ett fint järnrikt material som påminner om svart-grå sand
specialprodukter – används ofta utanfrö stålindustrin
slurry – en blandning av vatten och slig som transporteras vidare till pelletsverket.
3.3.8 Pelletsverk
Slurryn kommer via ledningar från anrikningsverket till pelletsverket som man säga är uppdelad i tre sektioner. I den första sektionen kommer slurryn avvattnas med hjälp av stora trumfilter som suger bort vattnet med hjälp av vakuum. Därefter kommer sligen transporteras till en blandare där bentonit tillsätts för att öka råkulornas styrka för att sedan föras med band till rullkretsarna.
Rullkretsarna är pelletsverkets andra sektion och i rulltrummorna rullas sligen till råkulor. För att erhålla ett bra resultat måste sligen ha rätt fuktighet och den regleras med hjälp av
vattenspridare där vattentillförseln kan öka/minska efter behov från kontrollrummet. Då råkulorna kommer ut från rulltrumman, se figur 10, passerar de en rullsikt där de kulor som är för små (undersize) returneras till rulltrumman och de som är för stora (oversize) fraktas tillbaka till blandaren för att krossas och sedan på nytt åka in i rulltrumman.
Figur 10. Rulltrummor med tillhörande rullsiktar, MK3 under uppbyggnad
(http://lkab.com/__C12570A1002EAAAE.nsf/0/4014ED8A67D93469C1257163004A7117/$fil e/LK_mbgt_pelletsverk.jpg, 2011-05-10).
De råkulor som är av rätt storlek kommer att hamna på ett band som för dem till den tredje och sista sektionen – sintermaskinen. I sintermaskinen torkas kulorna först för att undvika att kulorna blir porösa och därefter bränns de till pellets. Detta sker vid mycket hög temperatur, magnetit kommer att oxideras till hematit och tillsatsmedlen smälter och bildar slagg i kulan.
15
Vad som är positivt med oxideringen från magnetit till hematit är frigörandet av värme vilket leder till snabbare uppvärmning och minskar därmed behovet av processgas. Förövrigt bildas ingen koldioxid när magnetit oxideras.
När pelletsen bränts kommer den kylas ner till ungefär 50°C och passerar sedan genom vibrationssiktar där trasiga eller felaktiga kulor kommer sorteras bort och därefter sker transport till silos med hjälp av bandtransportörer. Pelletsen ligger i silos i väntan på att malmtåget kommer och fraktar det vidare till kunder.
3.4 Tillredningen i LKAB Malmberget
LKAB använder sig av den konventionella salvcykeln vid tillredningsarbetet i Malmbergets underjordsgruva. Den konventionella salvcykeln är indelad i sju moment, se figur 11, som kontinuerligt fortsätter under hela driften (Luleå Tekniska Universitet, 2010).
Figur 11. Konventionell salvcykel.
Man kan komplettera salvcykeln med ytterligare två moment. Det första är inmätning för att uppnå så stor noggrannhet som möjligt gällande riktning och aktuellt läge för
brytningsfronten. Det andra momentet är förinjektering vilket inte används speciellt ofta inom gruvindustrin men i några enstaka fall kan behov finnas, se figur 12 för en principskiss.
16
Figur 12. Förinjektering (Petterson et al, 1999). 3.4.1 Borrning
Alla orter har en förbestämd geometri som resulterar i att borrning sker efter en utvald borrplan. Borrplanen beror på:
ortens geometri
salvans längd
borrhålens diameter
vilket sprängämne som kommer användas.
Borrningen utförs med hjälp av datoriserade borriggar för att ge borrhålen exakt rätt längd och position. Diametern för alla borrhålen är densamma i borrplanen förutom grovhålen som har en större diameter detta för att skapa ett expansionsutrymme för det lössprängda berget. Borrhålen har en diameter på 48 millimeter och grovhålens diameter är 128 millimeter. I figur 13 kan man se en principskiss för hur borrning utförs.
17
Oerfarna operatörer tenderar att följa borrplanen mer strikt än erfarna operatörer som hunnit bildas sig en uppfattning om vad som fungerar eller inte. Den operatör som utför borrningen kan ibland vara tvungen att avvika från borrplanen exempelvis om gaveln är för ojämn eller om det finns kvarvarande odetonerat borrhål sedan tidigare eller om gaveln drivits in i ett vattenbo.
Vid borrarbetet görs alltid stickning av konturhålen för att undvika att orten krymper för att därmed kunna erhålla maskinutrymme för borrning av nästa salva.
3.4.2 Laddning
Laddning sker med hjälp av en ombyggd lastbil så kallad laddbil. Sprängämnet kan variera beroende på:
borrplan
vattenförhållanden
bergförhållanden.
De sprängämnen som finns tillgängliga för ortdrivning ANFO och emulsionssprängämne. ANFO består av ammoniumnitrat och dieselolja, detta sprängämne lämpar sig för torra
förhållanden och blåses in i borrhålen. Emulsionssprängämne lämpar sig för våta förhållanden och har en geléartad konsistens.
Laddbilen bemannas med två operatörer där en av operatörerna står på en hydraulisk plattform och laddar den övre halvan av gaveln med en mekanisk laddslang och den andra operatören står på marken och laddar manuellt.
18
Borrhålen i en ortsalva har olika funktioner, se figur 14.
Figur 14. Borrhålen i en ortsalva (Luleå Tekniska Universitet, 2010). Grovhålen laddas ej och fungerar som expansionsutrymme.
Kilhålen är de borrhål som kommer att sprängas först vid detonationen, detta sker i en
bestämd ordning för att öppna gaveln och ge fria ytor för den fortsatta detonationen. Då kilen är utsprängd kan resterande bergmaterial kastas ut från gaveln vilket minskar risken för bomsalva.
Salvhålen, även så kallade strosshål, laddas för att spränga ut huvuddelen av salvan.
Sulhålen, även kallade för bottenhål, har en kraftigare laddning än övriga hål för att skaka om och lyfta upp bergmassorna och på så vis underlätta för utlastning. Sulhålen är ofta riktade snett nedåt för att undvika gaddar.
Konturhålen är de tätt borrade hålen i ortprofilens tak och väggar, vanligen laddas dessa med svagare sprängämnen men i LKAB laddas enbart hålen i taket med mindre sprängämne för att minska skadezonen samt undvika överberg, i övrigt är det full laddningsstyrka i resterande borrhål.
3.4.3 Sprängning
Sprängning sker med hjälp av sprängkapslar där sprängningsförloppet regleras beroende på kapslarnas fördröjning mellan initiering och detonation. För att säkerställa upptändningen av sprängämnet i borrhålen ansluts en primer till varje sprängkapsel. I figur 15 visas en skiss för sprängning av ortsalva.
19
Figur 15. Sprängning av salva (Petterson et al, 1999).
Det finns två typer av sprängkapslar och det är elektriska samt stötvågssprängkapslar. Vid detonation av salvan sprängs kilen först, därefter kommer strossen, konturhålen och sist sulhålen efter ett givet intervall. I figur 16 kan man se detonationsförloppet vid en viss tid i sekunder (s).
Figur 16. Detonationsförloppet av kilhål, strosshål, konturhål och sulhål (LKAB, 2011). Detonation sker manuellt med en elektrisk tändapparat mellan midnatt och klockan 01.00. 3.4.4 Ventilation
Det är viktigt att ha en fungerande ventilation vid arbete i bergkonstruktioner underjord detta för att inte utsätta personalen för hälsorisker på grund av dieselavgaser, damm och
spränggaser eller skada maskinparken.
Det finns två varianter av ventilation, sugande eller blåsande ventilation dessutom kan man även kombinera dessa två om behov finns.
20
3.4.5 Utlastning
Utlastning sker med LHD maskiner (Lyfta-Frakta-Dumpa). Vid användandet av denna typ av maskin bör längden och dimensionerna för orterna tas i beaktning för att kunna göra en riktig bedömning av maskinens produktionskapacitet . Skiss för utlastning kan ses i figur 17.
Figur 17. Utlastning av lössprängt berg (Petterson et al, 1999).
Gråberget kommer att fraktas till gråbergstippar i dagen och malmen transporteras till och tippas i störtschakt och uppfordras därifrån till sovringsverket med hjälp av skipar.
3.4.6 Skrotning
Efter sprängning finns det ofta bomt berg, det vill säga löst kvarvarande berg efter
sprängning, och detta måste tas bort för att öka säkerheten för de personer som arbetar i orten samt att förbättra förstärkningens verkan.
Förr skedde skrotningen både manuellt och maskinellt men på grund av den höga skaderisken utförs endast maskinell skrotning idag.
Skrotningen utförs med hjälp av en skrotningsrigg som har en styrbar arm med en hydraulisk hammare längst fram. Hammaren stöter sedan mot ortens gavel, tak och väggar för att bräcka bort bomt berg, se figur 18.
21
Figur 18. Skrotning av ort (Petterson et al, 1999). 3.4.7 Förstärkning
Förstärkning delas upp i två etapper, först betongsprutas orten och därefter bultas berget. Sprutbetong används för att bilda ett inre skal i orten och minskar därmed risken för utfall av berg. Sprutbetongens tjocklek är svår att definiera då det inte får vara för tjockt, vilket kan resultera i ras på grund av egentyngden, den får inte heller vara för tunn men tre till fem centimeter är standarden. För att skapa ytterligare förstärkning är ofta stålfiber inblandad i sprutbetongen.
Då betongen stelnat sker bultning av berget. Bultarna finns i två typer av utförande - cementingjutna Kiruna-bultar och swellexbultar.
Cementingjutna bultar används i orter som är planerade att användas under lång tid. Bultningen sker genom att föraren av bultriggen borrar hål i ortens väggar och tak, enligt förbestämda avstånd, vilka sedan fylls med cement och därefter pressas bultarna in i hålen. Kiruna-bult finns i längderna 2,3 meter och 3,1 meter beroende på bergkvalité och utanför hålet placeras en 10 gånger 10 centimeter stor stödplatta. Bultarna placeras i rader med åtta bultar i varje rad och två till tre rader per salva.
Swellexbultning används i de orter som har en kort planerad livslängd, detta eftersom att bultarna kan utsättas för korrosion och därmed tappa sin bärighetsförmåga. Bultningen sker på liknande sätt som för cementingjutna bultar förutom att borrhålen ej fylls med cement utan bulten placeras i hålet och utsätts sedan för vattentryck vilket orsakar expansion av bulten och på så sätt stabiliseras berget. Swellexbultarna är en direktverkande förstärkning till skillnad från sprutbetong och cementingjutna bultar.
22
I figur 19 kan man se en principskiss för betongsprutning och bultning av en ort.
Figur 19. Betongsprutning och bultning av ort (Petterson et al, 1999). 3.5 Tillredningens maskinpark
De maskiner som används vid tillredningsarbetet presenteras i tabell 2. Ytterligare fordon tillkommer såsom lastbilar för transport och hjullastare men dessa används av annan personal inom LKAB eller av entreprenad och nämns därför inte.
Tabell 2. LKAB:s maskiner.
Typ av maskin Antal Märke Typ Namn Spänning
Borrigg 3 Atlas Copco L2C 685 1 000 V
686 1 000 V
689 1 000 V
Laddbil 2 Volvo Ombyggnation 258 1 000 V
266 1 000 V
Bultrigg, cement 2 Tamrock Robolt 08-3 656 1 000 V
658 1 000 V
Bultrigg, swellex 2 Atlas Copco Boltec 655 1 000 V
659 1 000 V
Skrotningsaggregat 2 Jama SBU8000 606 1 000 V
609 1 000 V
Skrotningsaggregat 1 Atlas Copco SBU8000 598 1 000 V
Sprutrigg 1 Vertex 626 1 000 V
Sprutrigg 1 Jama SBU8000 627 1 000 V
23
4 Mätdata och analys
Syftet med examensarbetet var att mäta och analysera skillnaden i indrift före och efter skrotning. Mätningen har utförts med hjälp av en avståndsmätare. Ute i fältet på tillredningen LKAB Malmberget markerades en referenspunkt på ortväggen. Från referenspunkten mättes
avståndet till gaveln med en handburen lasermätare, Leica DISTOTM A8. Mätning utfördes
före skrotning då orten var utlastad och efter skrotning. Avståndet mäts i sju punkter utspridda på gaveln, placeringen av dessa framgår i figur 20.
Anledningen till att mätningen skedde i sju punkter på gaveln är för att denna typ av
salvuppföljning har utförts tidigare. Därmed blir det möjligt för LKAB att utvärdera resultaten och jämföra dessa med varandra vid behov.
De uppmätta avstånden noterades sedan på ett papper tillsammans med område, malmkropp, nivå, ort, stånglängd och bergtyp (malm/gråberg), se bilaga A-G. Alla avstånd har mätts i längdenheten meter med centimetersnoggrannhet vilket är presenterat i bilagorna men i diagrammen presenteras skillnaden i centimeter.
Figur 20. Mätpunkternas placering på gaveln.
Totalt mättes 16 gavlar före och efter skrotning varav 13 stycken var borrade med 18 fots borrstång och resterande var borrade med 16 fots borrstång.
Mätdata har bearbetats i Excel genom att först beräkna skillnaden i avstånd före och efter skrotning för varje mätpunkt och utifrån dessa värden skapades ett diagram för var och en av de sju mätpunkterna plottade mot alla gavlar. Slutligen plottades tre stapeldiagram där medelvärdet av skillnaden i indrift beroende på skrotning plottades mot alla 16 gavlar, bergtyp och borrstångens längd.
24
4.1 Skillnad i indrift före och efter skrotning per mätpunkt i alla gavlar I detta kapitel presenteras sju diagram, se figur 21-27, ett för varje mätpunkt med alla 16 gavlar i samma figur. Detta för att få en översiktlig bild för skillnaden i indrift före och efter skrotning per mätpunkt i gavlarna, det kan vara intressant att se hur skillnaden i skrotning per mätpunkt förhåller sig mellan de olika gavlarna. Dessutom är dessa resultat de verkliga, det vill säga att inget medelvärde har beräknats.
Anledningen till att denna typ av analys har utförts är för att se om gavlarna verkar påvisa liknande skrotningsbehov i de sju olika mätpunkterna på gaveln. Ytterligare kan man genom att observera de sju diagrammen se hur skrotningsbehovet varierar i mätpunkterna per gavel. Y-axeln presenterar skillnad i indriften före och efter skrotning angivet i centimeter och x-axeln presenterar de 16 gavlarna, mätdata kommer från bilaga G-M.
Figur 21. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 1 i alla 16 gavlar.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
25
Figur 22. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 2 i alla 16 gavlar.
Figur 23. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 3 i alla 16 gavlar.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
Mätpunkt 2 i alla gavlar
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
26
Figur 24. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 4 i alla 16 gavlar.
I figur 21, 22, 23 och 24 kan man se att en ort har den mest avvikande skillnaden i indriften före och efter skrotning. I denna ort, 158 på nivå 880 Fabian, stötte man på ett område med berg av dålig kvalité och som hade grusiga egenskaper. Vid skrotningen så rasade det ut bergmaterial från ortprofilens anfang och tak, vilket resulterade i en stor skillnad vid
mätningen. Detta påträffande av dåligt berg ledde nästan till produktionsstopp i just denna ort dock bestämdes att brytningen skulle fortgå och därav skedde ytterligare en inmätning av gaveln i 158:an. Vid andra inmätningen hade man passerat området med dålig bergkvalité och därmed var skrotningsbehovet inte lika stort.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
27
Figur 25. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 5 i alla 16 gavlar.
Figur 26. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 6 i alla 16 gavlar.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
Mätpunkt 5 i alla gavlar
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
28
Figur 27. Diagram för skillnaden i indrift för mätpunkt 7 i alla 16 gavlar.
I figur 25, 26 och 27 har skillnaden i indrift före och efter skrotning minskat i den tidigare nämnda orten 158 på nivå 880 Fabian. I övrigt är skrotningsbehovet relativt jämt i de olika punkterna på gavlarna dock förekommer lokala avvikelser.
I diagrammet som presenteras i figur 27 kan man utläsa att ort 170 på nivå 880 Fabian hade det största skrotningsbehovet. Utifrån den okulära besiktningen fanns inga avvikande eller särskilda anledningar till detta.
Totalt sett har mätpunkt 1 det allra mest varierande resultatet, som störst är skillnaden över 196 centimeter och som minst 2 millimeter. För övrigt kan man se i mätpunkt 1,2,3 och 4 att det finns stora variationer i behovet av skrotning, framförallt är det gaveln på nivå 880 Fabian i ort 158 som orsakar detta.
När man analyserar mätpunkt för mätpunkt så ser man endast hur varje enskild mätpunkt varierar i förhållande till de övriga gavlarna. Man kan inte uttala sig om hur mätpunkterna varierar inom samma gavel utifrån ett diagram men observerar man alla sju diagram får man en överblick för hur skillnaden i indrift före och efter skrotning varierar per gavel. För att analysera skillnaden i indrift för mätpunkterna i samma gavel är det dock mer lämpligt att beräkna medelvärdet. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Skil ln ad i in d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
29
4.2 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning för alla gavlar
I detta kapitel presenteras ett diagram, se figur 28, över medelvärdet av resultaten från mätpunkterna i gavlarna. Från mätdata i bilaga G-M kunde dessa medelvärden beräknas och genom att stapla alla orter bredvid varandra finns möjlighet att analysera vilka orter som skrotats mest respektive minst.
Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning angivet i centimeter presenteras på y-axeln och på x-axeln presenteras alla 16 gavlar.
Figur 28. Diagram för medelvärdet av skillnaden i indrift för alla 16 gavlar.
Utifrån detta diagram kan man uttala sig om skrotningsbehovet av gavlarna per skiva och även överlag om det finns avvikande värden.
Gaveln, som nämnts tidigare, på nivå 880 Fabian i ort 158 har mycket avvikande resultat på grund av den dåliga bergkvalitén i just denna ort. Av de skivor/nivåer som mätdata inhämtats ifrån så har 880 det mest varierande skrotningsbehovet med två gavlar där
medelvärdesskillnaden i skrotning är stor och i resterande gavlar är värdet relativt litet. Skivan på nivå 905 i malmkroppen Fabian kan man utläsa från diagrammet att
skrotningsbehovet är relativt lika för de gavlar som är inmätta vilket tyder på berg med liknande egenskaper. De gavlar som hade störst skrotningsbehov befann sig i malmen och övriga där värdet var något lägre befann sig i gråberg.
På nivå 855 Kapten mättes en snedbana in två gånger och utifrån mätdata kan man se att medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning var ungefär av samma storlek båda gångerna. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 M e d e lv är d e t av s kil ln ad en i i n d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m]
Nivå, malmkropp och ort
Medelvärdet av resultaten för
mätpunkterna i gavlarna
30
De övriga gavlar som befann sig i Printzsköld och Alliansen är inte representativa att
utvärdera gällande skrotningsbehovet per skiva/nivå då enbart en gavel per skiva har mätts in.
4.3 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning beroende på bergtyp
I detta kapitel presenteras ett diagram, se figur 29, för medelvärdet av resultaten beroende på bergtyp. Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning kunde beräknas i Excel från värdena i bilaga G-M. Genom att stapla skillnaden för gråberg gentemot skillnaden i malm finns möjlighet att analysera vilken bergtyp som har skrotats mest respektive minst. Diagrammets y-axel presenterar medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning angivet i centimeter och på x-axeln presenteras bergtyp.
Figur 29. Diagram för medelvärdet av skillnaden i indrift beroende på bergtyp.
Ur diagrammet kan man utläsa att skrotningsbehovet för gavlarna har visat sig vara högre i medel för de gavlar som befinner sig i malmen än i gråberget.
4.4 Medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning beroende på borrstångens längd
Utifrån bilaga G-M kunde medelvärdet av skillnaden i indrift före och efter skrotning beroende på borrstångens längd beräknas och detta presenteras i ett diagram, se figur 30. Medelvärdet av skillnaden i indrift angivet i centimeter presenteras på y-axeln och borrstångens längd angivet i fot presenteras på x-axeln.
0 10 20 30 40 50 60 Gråberg Malm M e d e lv är d e t av s kil ln ad e n i i n d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m] Bergtyp
Medelvärdet av resultaten beroende
på bergtyp
31
Figur 30. Diagram för medelvärdet av skillnaden i indrift beroende på borrstångens längd. Vid analys av diagrammet kan man se att i medel är skrotningsbehovet större för de gavlar som är borrade med 18 fots stånglängd.
0 10 20 30 40 50 18 fot 16 fot M ed el vä rd et av s kil ln ad en i i n d ri ft fö re o ch e fter skro tn in g [c m] Borrstångens längd
Medelvärdet av resultaten beroende
på borrstångens längd
32
5 Diskussion och slutsats
Examensarbetet som har utförts vid tillredningen i LKAB Malmberget har varit intressant och lärorikt. Till en början hade vi nästan ingen aning om vad tillredningsarbetet egentligen omfattar trots snart tre års studier på universitet. Vanligen benämns detta arbete endast som flyktigast i kurslitteratur och föreläsningar.
Syftet med vårt examensarbete var att följa upp salvor vid orttillredningen i Malmbergets underjordsgruva för att utvärdera skrotningsbehovet och undersöka om man kan effektivisera driften.
Målen med examensarbetet var att undersöka om borrstångens längd, borrplanen och bergtyp har någon påverkan på det behövda skrotningsbehovet.
Borrstängerna har två längder, 16 respektive 18 fot, och det finns i dagsläget en borrigg som använder 16 fots borrstänger och två riggar med 18 fots stänger. Det finns två utföranden av borrplaner varav den ena består av 76 borrhål inklusive två grovhål och denna används på västra området samt en borrplan med något färre hål som används på östra området. Med avseende på att undersöka bergtyp syftar vi på att se om det finns några påvisbara skillnader i skrotningsbehovet beroende på om gavlarna befinner sig i malm eller gråberg.
Det som vi vid examensarbetets slut kommit fram till är att skrotningsbehovet ökar när gaveln befinner sig i malm, vilket kan bero på att malm har högre densitet än gråberg och är därmed mer tungsprängt. Anledningen till att skrotningsbehovet visat sig vara större kan kanske bero på att det bildas en skiva av malm i gaveln som inte fragmenterats och kastats ut i orten utan lossnar vid skrotning. Vid skrotning av gavlar i gråberg lossgörs bergmaterial mer utspritt på gaveln vilket orsakar mer varierande resultat.
Skrotningsbehovet har visat sig vara större vid användandet av borrstänger med längden 18 fot, vilket kan bero på att det blir avvikelser i borrhålen under borrningen efter som dessa är längre än vid användandet av 16 fot. Dessutom är totala salvan längre vilket kan orsaka fastsprängning längre in i bergmassan, vilket innebär att berget inte fragmenteras och kastas ut ordentligt vid detonation. Något som också är värt att nämna här som en möjlig faktor till att skrotningsbehovet ökar vid användandet av 18 fots stånglängd är att borrhålen kanske inte laddas fullt utan att luftfickor bildas i sprängämnet vilket kan ge en ojämn och försvagad detonation.
Borrplanen har ingen större påverkan på skrotningsbehovet eftersom det endast skiljer något enstaka hål mellan östra och västra området och de erfarna operatörerna av borriggarna kan dessutom vid behov avvika från borrplanen vilket gjorde att uppföljningen försvårades. I LKAB Malmberget pågår just nu en bergarbetarutbildning där deltagarna får lära sig att tillreda orter och därmed hantera maskinparken. Vid borrningen visar datorn i operatörshytten en färdig borrplan och denna innehåller två borrhål mer än den vi bifogat i rapporten och som oerfaren operatör följer man borrplanen till punkt och pricka, därför hade de salvor som utbildningen borrat ofta två hål utöver de övriga salvor som borrats av ordinarie personal.
33
Utifrån resultatet efter sprängning har ingen skillnad observerats beroende på om borrplanen innehåller något hål mer eller mindre så vida inte själva profilen är förändrad.
Fragmenteringen borde rent teoretiskt sett bli bättre om borrplanen innehåller fler borrhål då berget kommer utsättas för mer uppsprickning vid detonationen och materialet kan därmed kastas ut bättre. Därmed skulle borrplanen med fler hål vara mer lämpad för berg av bra kvalité.
Några felkällor som vi observerat är att vid den okulära besiktningen är att det ibland är svårt att avgöra om gaveln befann sig i malm eller gråberg. Detta beror bland annat på att man inte kan vistas alltför nära gaveln på grund av den stora risken för utfall av berg från tak och gavel i orten. Förövrigt har man väldigt dåligt ljus och ingen möjlighet att som under studietiden använda oglaserat porslin för att undersöka streckfärg.
Då mätningarna utfördes hade vi tillgång till en bil som skiftlaget avvarade sig och med denna kunde vi då frakta oss runt i gruvan. I början var vi ovana, osäkra och tyckte att det var
obehagligt att köra bil under jord vilket resulterade i att vi inte vågade oss ut på östra området fören de två sista veckorna av fältstudien. Totalt mätte vi in 16 gavlar före och efter skrotning, varav 13 hade borrats med 18 fots stånglängd och endast tre gavlar med 16 fot.
Något som orsakade problem med inmätningen av gavlar borrade med 16 fot förutom vår egen osäkerhet var att andra gavlar var prioriterade vilket innebär att driften av dessa skall ske i första hand. Även skrotningsaggregatens tillgänglighet har påverkat möjligheten till gavlar att mäta in eftersom det inte går att följa upp efter skrotning om det inte finns aggregat i bruk. Sista veckan av fältstudien då vi hade blivit varma i kläderna och börjat våga oss ut i på alla områden i gruvan så hade tyvärr östra området haveri på sina skrotningsaggregat vilket i sin tur resulterade i att vi fick mäta in resterande gavlar borrade med 16 fot.
I Fabian hade västra området problem med strömavbrott under de första två veckorna och hade även haft det tidigare. Detta berodde på att två skivor använde ström från samma ställverk vilket orsakade överspänning och elen på båda skivorna slog ut. Problemet
åtgärdades sedan genom att nytt ställverk installerades på den skiva som tidigare varit utan. Då vi från början inte hade så stor kunskap inom området har vi under arbetets gång kommit på faktorer som hade kunnat förbättra arbetets relevans ytterligare. Exempel på detta är att vi vid inmätningarna skulle valt att mäta även innan sprängning och därmed kunnat beräkna den totala indriften per salva. I teorin räknar man ofta med att indriften per salva är 95 % men teorin skiljer sig ofta från verkligheten och därför kunde detta ha varit intressant att följa upp. Indriften är även viktigt för de som planerar gruvdriften då de måste veta hur mycket berg som lossgörs per salva i tillredningen för att kunna hålla rasbrytningen ett steg efter så dessa två moment inte kommer på samma skiva. Tillredningsarbetarna är de som befinner sig längst fram i fronten och förbereder för rasbrytningen.
Något annat som kunde gjorts bättre hade varit att använda ett stativ till avståndsmätaren men vi valde att inte göra detta då det hade blivit svårt vid in och ut passage i bilen och sulan i orten är ju sällan jämn, torr eller ren. Här uppstår ju även en felkälla då man vid inmätningen
